CN101262721B - Led驱动电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED驱动电源，包括一种LED驱动电源，包括：一电源输入端、整流滤波单元、电压变换单元、输出单元、开关单元、PFC控制单元和恒压定电流控制单元。所述恒压定电流控制单元包括一恒压单元和一定电流单元，所述恒压单元和定电流单元分别采集输出单元的信号并产生反馈信号给PFC控制单元。所述PFC控制单元根据所述反馈信号调整控制信号，控制所述开关单元周期性导通和关断，以调整开关单元导通和关断的周期，从而调整电压变换单元的输出，实现对输出的精确调整并提高了功率因数。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种驱动电源，更确切地说，涉及一种LED驱动电源。
【背景技术】
LED具有环保、节能、寿命长等优点而被视为21世纪照明光源，现已开始取代传统光源在各种照明灯具上大量应用。但是，由于LED本身特性决定其驱动电源不能与普通白炽灯采用同样的供电电源，以免电压波动导致电流增大从而将LED损坏，因而必须设计新的电源以充分满足LED工作所需驱动要求，从而最大限度的发挥LED的性能，减少故障率。然而，现有各种LED驱动电源的驱动性能却并不理想，影响了LED的推广应用。图3为现有LED驱动电源工作的原理图。其首先对输入端输入的电压进行电压变换，以提供后级电路所需的电压，然后再经过整流滤波后直接通过一限流电阻与LED相连。但是，该种LED驱动电源无法对因外界电压波动造成的LED两端的工作电流波动进行调整，当输入电压波动较大时甚至会造成LED损坏；其次，该种LED驱动电源无法对由于温度等原因引起流过LED的工作电流变化进行调整；另外，该种LED驱动电源的电压和电流的同相性较差，功率因数很低。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种能对LED的工作电压和电流进行精确调整且功率因数高的LED驱动电源。
本发明LED驱动电源是通过以下技术方案实现的：一种LED驱动电源，包括：
一电源输入端；
一与电源输入端相连的整流滤波单元；
一与整流滤波单元相连的电压变换单元，所述电压变换单元对整流滤波后的电压进行转换并送到输出单元；
一与电压变换单元相连的输出单元，所述输出单元的输出端与负载LED相连；
一与电压变换单元连接的开关单元，所述开关单元根据其导通和关断控制所述电压变换单元的电压转换；
一与开关单元连接的PFC控制单元，所述PFC控制单元产生一控制信号控制所述开关单元周期性导通和关断；
一与输出单元和PFC控制单元连接的恒压定电流控制单元，所述恒压定电流控制单元包括一恒压单元和一定电流单元，所述恒压单元和定电流单元分别采集输出单元的信号并产生反馈信号给PFC控制单元；所述PFC控制单元根据所述反馈信号调整控制信号，控制所述开关单元周期性导通和关断，以调整开关单元导通和关断的周期，从而调整电压变换单元的输出。
所述恒压单元包括一电压比较器和一作为基准源的稳压部，所述稳压部为稳压管或稳压芯片。
所述定电流单元包括一电流比较器，所述电流比较器的基准取自所述恒压单元的稳压部。
所述PFC控制单元还与整流滤波单元的输出端相连，其采集所述整流滤波单元输出端的信号并根据采集到的信号调整控制信号。
所述PFC控制单元还采集开关单元的信号，并根据采集到的信号调整控制信号。
所述PFC控制单元还对电压变换单元进行采样，并根据采样信号调整控制信号。
所述电压变换单元还通过连接一稳压模块对PFC控制单元供电。
所述恒压定电流控制单元与PFC控制单元通过光耦合器连接。
所述LED驱动电源还包括一EMI滤波单元，所述EMI滤波单元包括有一压敏电阻，所述开关单元包括一三极管或场效应管。
与现有技术相比，本发明LED驱动电源通过设置开关单元、电压变换单元、恒压定电流控制单元和PFC控制单元，利用恒压定电流控制单元内的恒压单元和定电流单元分别采集输出单元的电压信号和电流信号，并产生反馈信号给PFC控制单元，所述PFC控制单元根据所述反馈信号调整控制信号，以调整开关单元导通和关断，从而调整电压变换单元的输出，实现对LED工作电压和电流的精确调整，使负载LED工作更稳定，功率因数也更高。此外，PFC控制单元还对整流滤波单元的输出端、开关单元、电压变换单元进行采样，并根据采样信号调整控制信号，从而调整电压变换单元的输出，进一步精确调整LED工作电流和提高功率因数。
【附图说明】
图1为本发明LED驱动电源的原理结构图。
图2为本发明LED驱动电源一较佳实施例电路图。
图3为现有技术LED驱动电源的工作原理图。
【具体实施方式】
请参阅图1，本发明LED驱动电源包括外电源输入端、EMI滤波单元、整流滤波单元、电压变换单元、输出单元、开关单元、恒压定电流控制单元和PFC控制单元。其中，EMI滤波单元的输入端与外电源输入端相连，主要用于抑制电网噪声及自身产生的噪声，消除电网对LED驱动电源的影响以及LED驱动电源对电网的影响，提高LED驱动电源的抗干扰能力及系统的可靠性。EMI滤波单元的输出端与整流滤波单元的输入端相连，整流滤波单元将EMI滤波单元传来的信号整流后转换成直流并滤波后输出。
电压变换单元与整流滤波单元、开关单元及输出单元相连，其接收整流滤波单元输出的信号，在开关单元的控制下进行电压转换，并将转换后的电压输出到输出单元，再由输出单元输出至LED驱动其工作。电压变换单元还与PFC控制单元相连，为PFC控制单元提供工作电源。
开关单元与PFC控制单元及电压变换单元相连，其受PFC控制单元输出的控制信号控制而周期性导通和关断，并因而控制电压变换单元的电压转换。所述开关单元可以为三极管或场效应管。
恒压定电流控制单元与输出单元和PFC控制单元相连，其采集输出单元的电压和电流信号并产生一反馈信号给PFC控制单元，通过PFC控制单元对输出进行精确调整。所述恒压定电流控制单元包括一恒压单元和一定电流单元，所述恒压单元采集输出单元的电压信号并与一基准电压比较后产生一反馈信号，所述定电流单元采集输出单元的电流信号并与一基准电流比较后产生一反馈信号。
PFC控制单元与开关单元和恒压定电流单元相连，主要起控制作用。PFC控制单元的输出端产生一控制信号控制所述开关单元周期性导通和关断，并可根据恒压定电流控制单元的反馈信号调整控制信号，以调整开关单元导通和关断的周期，从而调整电压变换单元的输出，实现对LED工作电流的精确调整。由于在输出单元加入了恒压单元和定电流单元，既可以对输出的电压进行调整也可以对输出的电流进行调整，相较于单纯采用定电流单元进行反馈调整具有更好的调整效果，即使在某一并联支路LED断路的情况下也能很好的实现对输出的精确调整。为了进一步增强对LED驱动电源的精确控制，PFC控制单元还对整流滤波单元的输出端、开关单元、电压变换单元进行采样，并根据采样信号调整控制信号，从而调整电压变换单元的输出，达到进一步精确调整LED工作电流和提高功率因数的目的。
请一并参阅图2，在本具体实施电路中，EMI滤波单元由电容C1、C2、C3、C4和滤波器L1以及压敏电阻RV1组成。压敏电阻RV1主要用于保护因电网电压瞬间增大时可能对LED驱动电源及LED造成的损坏。整流滤波单元主要由四个二极管D1、D2、D3、D4组成的桥式整流电路以及滤波电容C5组成。
电压变换单元主要由高频变压器构成。高频变压器包括一原边T1、第一副边T2和第二副边T3，其中，原边T1的输入端1脚通过一电感L2与整流滤波单元B的输出端相连，输出端2脚与开关单元相连。第一副边T2直接接一由二极管D8、相互并联的电容C12、C13、C14、C15、C17以及电阻RS组成的输出单元，输出单元的输出端通过一接线端JP2直接连到负载LED，为LED提供工作电流。第二副边T3通过连接一稳压模块向PFC控制单元IC2提供工作电源。所述稳压模块由二极管D6、D7、三极管Q1、稳压管Z3和电容C6构成。其中，二极管D6的正极与第二副边T3的5脚相连，二极管D6、D7正向串联后接到三极管Q1的集电极，三极管Q1的基极与集电极之间通过一电阻R10连接。同时，三极管Q1的基极与稳压管Z3的负极相连，稳压管Z3的正极通过与第二副边T3的另一脚6脚相连后与整流滤波单元中二极管D3的正极相连。在二极管D6的负极和稳压管Z3的正极之间还接有一个滤波电容C6。三极管Q1的发射极与PFC控制单元中的PFC控制芯片IC2的电源脚VCC相连，为PFC控制芯片IC2提供工作电源。
所述开关单元主要包括一场效应管M1，场效应管M1的漏极与高频变压器的原边T1相连，其栅极通过一电阻R12与PFC控制芯片IC2的CC端口相连，源极与两并联的电阻R15、R16串联后与整流滤波单元中二极管D3的正极相连。在电阻R12两端并联有一二极管D12，且二极管D12的正极与场效应管M1的栅极相连。EMI滤波单元、整流滤波单元、高频变压器的原边T1、场效应管M1及电阻R15、R16构成一回路。为保护场效应管M1，在其漏极和源极之间还接有一稳压管Z4。为了防止因高频变压器的漏感而在场效应管M1关断的瞬间产生的尖峰脉冲对场效应管造成损坏，在高频变压器的原边T1还并联有一由二极管D5、稳压管Z1构成的保护支路。
恒压定电流控制单元包括一恒压单元和一定电流单元。所述恒压单元主要由一电压比较器IC5及其外围电路组成，所述外围电路包括二极管D11、D9，电容C16、C18，电阻R18、R19、R20、R21和稳压芯片IC4。其中，二极管D11的正极与输出单元中二极管D8的负极相连，其负极的一条支路连接电容C16后接地，另一支路连接一电阻R18为电压比较器IC5供电，还有一条支路通过连接一相互串联的电阻R21和稳压芯片IC4后接地。稳压芯片IC4的阴极K与电阻R21相连，阳极A接地，且阴极K和参考极R相连。电压比较器IC5输入端的正极与稳压芯片IC4的参考极R相连。电阻R19、R20相互串联在输出单元中二极管D8的负极和地之间，并在电阻R19和R20之间引出一支路与电压比较器IC5输入端的负极相连。电压比较器IC5的输出端反接一二极管D9后与光耦合器IC3的输入端2脚相连，光耦合器IC3输入端的另一脚1脚通过一电阻R17与二极管D8的负极相连，光耦合器IC3的输出端与PFC控制芯片IC2相连。同时，在电压比较器IC5的输出端和输入端负极之间还并联有一电容C18。
所述定电流单元主要包括一电流比较器IC6及其外围电路组成，并且所述电流比较器IC6和电压比较器IC5均采用稳压芯片IC4所在支路作为其基准源，所述外围电路包括电阻R22、R23、R24，电容C19、C20和二极管D10。其中，电阻R22的一端与稳压芯片IC4的参考极R相连，另一端连接电阻R23及电流比较器IC6输入端的正极，电阻R23的另一端接地。电流比较器IC6输入端的负极通过一电阻R24与输出单元中电阻RS邻近负载的一端相连，同时，电流比较器IC6输入端的负极还连接一电容C20后接地。电流比较器IC6的输出端反接一二极管D10后与光耦合器IC3输入端的2脚相连，同时，电流比较器IC6的输出端与输入端负极之间还并联有一电容C19。
PFC控制单元主要由PFC控制芯片IC2及其外围电路组成，所述外围电路包括电阻R1、R3、R5、R7、R9、R11、R12、R13、R14和电容C7、C8、C9、C10。其中，电阻R1的一端与整流滤波单元的输出端相连，另一端依次串联电阻R3和电阻R9后与整流滤波单元中二极管D3的正极相连，同时在电阻R9的两端并联有一电容C9。电阻R3与电阻R9相连的一端还与PFC控制芯片IC2的V+脚相连，该脚通过电阻R1、电阻R3和电阻R9所在支路对整流滤波单元的输出取样。电阻R5、电阻R7相互串联，并且电阻R5的另一端与整流滤波单元中二极管D4的负极相连，电阻R7的另一端连接电容C7后与整流滤波单元中二极管D3的正极相连，并且电阻R7的该端还与PFC控制芯片IC2的电源端VCC脚相连。PFC控制芯片IC2的VCC脚还与三极管Q1的发射极相连。PFC控制芯片的采样脚C脚与高频变压器的第二副边T3的5脚相连，该脚采集第二副边T3的输出信号。PFC控制芯片IC2的控制信号输出脚CC通过一电阻R12与场效应管M1的栅极相连，其输出一周期性控制信号控制所述场效应管M1周期性导通和关断，从而达到控制高频变压器C高频变压的目的。所述PFC控制芯片IC2的采样脚FB与场效应管M1的源极相连，其接地脚GND与整流滤波单元中二极管D3的正极相连，其另一采样脚B与依次串联电阻R13、R14后也与二极管D3的正极相连。光耦合器IC3的输出脚3脚连接于电阻R13与电阻R14之间，且为了保护光耦合器IC3，在其两输出脚3脚和4脚之间还接有一稳压管Z2，其中，稳压管Z2的正极与光耦合器IC3的4脚相连，且光耦合器IC3的4脚还与稳压模块中二极管D7的负极相连。
所述具体电路的工作原理如下：外界电网电流经交流保险丝F1送到EMI滤波单元滤波，滤波后的信号经由二极管D1、D2、D3、D4组成的桥式整流电路整流和电容C5滤波后输出到高频变压器，再经场效应管M1、电阻R15、R16和二极管D3组成回路。PFC控制单元IC2产生的控制信号经控制信号输出脚CC控制场效应管M1周期性高频导通和关断，从而在第一副边T2产生一电压信号经由二极管D8、滤波电容C12、C13、C14、C15、C17组成的输出单元送到LED的两端，为LED提供工作电源。同时，输出单元从二极管D8输出的信号经二极管D11、电阻R21和稳压芯片IC4组成的支路在稳压管IC4上形成一基准信号源，所述基准信号源加在电压比较器IC5的正输入端做为电压比较器IC5的基准电压。输出单元从二极管D8输出的电压经电阻R19、R20分压后加在电压比较器IC5的负输入端，所述负输入端的电压与基准电压比较后输出至二极管D9的负极。若电压变化导致二极管D9导通时，电流流经电阻R17、光耦合器IC3输入端和二极管D9，通过光耦合器IC3将反馈信号加到PFC控制芯片IC2的B脚。PFC控制芯片IC2根据接收到的反馈信号调整输出的控制信号，从而通过控制场效应管M1的导通和关断调整高频变压器的输出，以快速将电压稳定。另外，稳压芯片IC4两端的信号经电阻R22和电阻R23分压作为基准信号加在电流比较器IC6的正输入端，流过电阻RS的电流经电阻R24后加在电流比较器IC6的负输入端，所述负输入端的信号与基准信号比较后输出到二极管D10。当流过电阻RS的电流发生变化时，其变化迅速通过电流比较器IC6反映到电流比较器IC6的输出端，导致二极管D10导通，同样通过光耦合器IC3将反馈信号加到PFC控制芯片IC2的B脚。PFC控制芯片IC2根据接收到的反馈信号调整输出的控制信号，从而通过控制场效应管M1的导通和关断调整高频变压器的输出，以快速将流过电阻RS的电流稳定。通过上述恒压单元和定电流单元，实现了对输出负载LED的精确调整。由于在定电流单元的基础上加入了恒压电路，使得即使在某一支路LED断路的情况下仍然能实现对输出负载LED的精确调整，相较于单一采用定电流单元来说具有更好的调整效果。
其次，PFC控制芯片IC2的V+脚、C脚和FB脚还分别采集整流滤波单元输出的信号、高频变压器的第二副边T3和场效应管M1的源极信号，所述PFC控制芯片IC2根据采集到的信号调整控制信号，达到进一步精确调整LED工作电流和提高功率因数的目的。
以上描述仅为本发明的实施例，谅能理解，在不偏离本发明构思的前提下，对本发明的简单修改和替换皆应包含在本发明的技术构思之内。
Claims (9)
1.一种LED驱动电源，包括：
一电源输入端；
一与电源输入端相连的整流滤波单元；
一与整流滤波单元相连的电压变换单元，所述电压变换单元对整流滤波后的电压进行转换并送到输出单元；
一与电压变换单元相连的输出单元，所述输出单元的输出端与负载LED相连；
一与电压变换单元连接的开关单元，所述开关单元根据其导通和关断控制所述电压变换单元的电压转换；
一与开关单元连接的PFC控制单元，所述PFC控制单元产生一控制信号控制所述开关单元周期性导通和关断；
其特征在于：
所述LED驱动电源还包括：
一与输出单元和PFC控制单元连接的恒压定电流控制单元，所述恒压定电流控制单元包括一恒压单元和一定电流单元，所述恒压单元和定电流单元分别采集输出单元的信号并产生反馈信号给PFC控制单元；所述PFC控制单元根据所述反馈信号调整控制信号，控制所述开关单元周期性导通和关断，以调整开关单元导通和关断的周期，从而调整电压变换单元的输出。
2.如权利要求1所述的LED驱动电源，其特征在于：所述恒压单元包括一电压比较器和一作为基准源的稳压部，所述稳压部为稳压管或稳压芯片。
3.如权利要求2所述的LED驱动电源，其特征在于：所述定电流单元包括一电流比较器，所述电流比较器的基准取自所述恒压单元的稳压部。
4.如权利要求1所述的LED驱动电源，其特征在于：所述PFC控制单元还与整流滤波单元的输出端相连，其采集所述整流滤波单元输出端的信号并根据采集到的信号调整控制信号。
5.如权利要求1所述的LED驱动电源，其特征在于：所述PFC控制单元还采集开关单元的信号，并根据采集到的信号调整控制信号。
6.如权利要求1所述的LED驱动电源，其特征在于：所述PFC控制单元还对电压变换单元进行采样，并根据采样信号调整控制信号。
7.如权利要求1所述的LED驱动电源，其特征在于：所述电压变换单元还通过连接一稳压模块对PFC控制单元供电。
8.如权利要求1所述的LED驱动电源，其特征在于：所述恒压定电流控制单元与PFC控制单元通过光耦合器连接。
9.如权利要求1所述的LED驱动电源，其特征在于：所述LED驱动电源还包括一EMI滤波单元，所述EMI滤波单元包括有一压敏电阻，所述开关单元包括一三极管或场效应管。
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